(57)【要約】【課題】高い発振効率を有し、低消費電力でかつ高出力動作が可能な半導体レーザ素子とその製造方法を提供する。【解決手段】  電極１１５と低濃度半導体層であるｐ−ＩnＧaＡsＰ半導体層１１１との間の合金層１１６を介したオーミック接合により低コンタクト抵抗を得る。上記電極１１５と高濃度半導体層であるｐ+−ＧaＡsコンタクト層１１４との間の合金層１１６を介したショットキー接合により優れた電流狭窄性を得る。上記Ｎiを含む合金層１１６が、Ａu原子の半導体層中への拡散を防止する共に、半導体層と電極１１５との界面の平坦性の悪化を防止して、半導体層１１１やコンタクト層１１４および半導体層と電極１１５との界面での内部散乱や吸収損失をなくす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の基板と、上記第１導電型の基板上に形成された活性層と、リッジ部が設けられた第２導電型の半導体層群とを、少なくとも順に積層してなる半導体レーザ素子において、
上記第２導電型の半導体層群は、少なくともＧaを含んでおり、
上記第２導電型の半導体層群は、少なくともドーピング濃度が１×１０17ｃｍ-3以下の低濃度半導体層とドーピング濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の高濃度半導体層からなり、
上記高濃度半導体層が上記リッジ部の最上部に設けられ、上記低濃度半導体層が少なくとも上記リッジ部の最上部以外の領域に設けられており、
上記第２導電型の半導体層群上にＡuを含む合金からなる電極が形成され、
上記電極と上記低濃度半導体層との界面に、上記電極の構成元素と上記低濃度半導体層の構成元素のうちの少なくとも１つとＮiからなる低濃度側の合金層が形成され、
上記電極と上記高濃度半導体層との界面に、上記電極の構成元素と上記高濃度半導体層の構成元素のうちの少なくとも１つとＮiからなる高濃度側の合金層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくとも１×１０17ｃｍ-3以上のドーピング濃度を有する第２導電型の半導体層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記低濃度半導体層の厚みが０.２μｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記低濃度半導体層が少なくとも２層の半導体層からなり、上記電極側に設けられた半導体層がＩnＧaＡsＰからなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記第１導電型がｎ型であり、上記第２導電型がｐ型であり、
上記電極が少なくともＡuとＺnの合金からなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体レーザ素子において、
上記ＡuとＺnの合金のＺnの含有量が１％以上かつ２０％以下であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項７】
請求項５に記載の半導体レーザ素子において、
上記合金層は、上記第２導電型の半導体層群側に形成された少なくともＺnとＮiとＧaを含む第１の合金層と、上記電極側に形成された少なくともＡuとＺnとＮiとＧaを含む第２の合金層とを有することを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記第１導電型がｐ型であり、上記第２導電型がｎ型であり、
上記電極が少なくともＡuとＧeの合金からなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項９】
第１導電型の基板上に、活性層を形成する工程と、
上記活性層上に、少なくともＧaを含み、かつ、少なくともドーピング濃度が１×１０17ｃｍ-3以下の低濃度半導体層とドーピング濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の高濃度半導体層からなる第２導電型の半導体層群を積層形成する工程と、
上記第２導電型の半導体層群の一部を除去してリッジ部を形成する工程と、
上記リッジ部が形成された上記第２導電型の半導体層群上に、少なくともＡuを含む合金材料またはＮiの一方を堆積させた後、上記合金材料またはＮiの他方を堆積させる工程と、
上記少なくともＡuを含む合金材料および上記Ｎiを堆積させる工程の後、熱処理により、上記第２導電型の半導体層群上に、上記少なくともＡuを含む合金材料の構成元素と上記第２導電型の半導体層群の構成元素のうちの少なくとも１つとＮiからなる合金層を形成すると共に、上記合金層を介して上記第２導電型の半導体層群と導通する電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記第２導電型の半導体層群を積層形成する工程において、上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくとも１×１０17ｃｍ-3以上のドーピング濃度を有する第２導電型の半導体層を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記第２導電型がｐ型であり、上記電極が少なくともＡuとＺnの合金からなることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記少なくともＡuを含む合金材料またはＮiの一方を堆積させた後、少なくともＡuを含む合金材料またはＮiの他方を堆積させる工程において、上記少なくともＡuを含む合金材料よりも先にＮiを厚み５ｎｍ以上堆積させた後に上記少なくともＡuを含む合金材料を堆積させることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記熱処理により上記合金層と上記電極を形成する工程において、３５０℃以上かつ４５０℃以下で熱処理を行うことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１乃至８の何れか一つに記載の半導体レーザ素子を用いたことを特徴とする光ディスク装置。
【請求項１５】
請求項１乃至８の何れか一つに記載の半導体レーザ素子を用いたことを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体レーザ素子に関し、典型的には、光ディスク装置や光伝送システムの光伝送モジュール部分などに好適に用いられる半導体レーザ素子とその製造方法に関する。
【０００２】
また、この発明は、そのような半導体レーザ素子を備えた光ディスク装置および光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体レーザ素子は、光ディスク装置や光伝送システムに幅広く使用されている。その中でリッジ埋め込み型の半導体レーザ素子は、高い信頼性を有し、低消費電力(低閾値電流)動作が可能な半導体レーザ素子として知られている。しかしながら、リッジ埋め込み型半導体レーザ素子は、その製造工程において、活性層やクラッド層を含む１回目の結晶成長工程に加えて、電流狭窄層を形成する２回目の結晶成長工程と、コンタクト層を形成する３回目の結晶成長工程を必要とし、複雑なプロセスを経て製造しなければならないため、歩留まりが悪く、また製造コストが高いという問題があった。
【０００４】
そこで、より簡便かつ低コストで製造できる従来の半導体レーザ素子として、活性層上にリッジ部を有し、一回の結晶成長工程で製造できるリッジ導波型の半導体レーザ素子がある(例えば特許文献１(特開平４−１１１３７５号公報)参照)。
【０００５】
図１０は、上記リッジ導波型の半導体レーザ素子の断面模式図である。この従来の半導体レーザ素子は次のようにして製造される。
【０００６】
まず、ＭＯＣＶＤ(有機金属化学気相成長)法により、ｎ型ＧaＡs基板４０１上に、ｎ型ＩnＧaＰクラッド層４０２、ＩnＧaＡs／ＧaＡs歪量子井戸活性層４０３、ｐ型ＩnＧaＰクラッド層４０４、ｐ型ＩnＧaＡsコンタクト層４０５を順次積層し、フォトリソグラフィなどの手法により、ｐ型ＩnＧaＰクラッド層４０４の途中までエッチングを行って、メサを形成した後、ｐ側電極４０６としてＴi／Ｐt／Ａuを、ｎ側電極４０７としてＡu−Ｇe−Ｎi／Ａuを順次蒸着する。
【０００７】
このようにして製造された素子に電流を流すと、ｐ型ＩnＧaＰクラッド層４０４とｐ側電極４０６との間にはショットキー接合部４０８が形成され、ｐ側電極４０６とｐ型ＩnＧaＡsコンタクト層４０５との間にのみ電流が流れて、電流狭窄が行われる。
【０００８】
リッジ埋め込み型の半導体レーザ素子では、前述のように合計３回の結晶成長工程と複雑な製造プロセスを必要とするが、図１０に示す従来の半導体レーザ素子では、１回の結晶成長工程を行うだけでよい。加えて、この従来の半導体レーザ素子は、リッジ導波型半導体レーザ素子の中でも、エアリッジ型と一般に呼ばれるような電流狭窄に無機絶縁膜を使用する構成ではなく、ショットキー接合を用いて電流狭窄を実現させる構成となっているため、さらに構造が簡単であり、圧倒的に低コストで製造することができる。
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１に示される従来の半導体レーザ素子には、次のような問題があることが分かった。すなわち、リッジ埋め込み型の半導体レーザ素子やエアリッジ型のリッジ導波型半導体レーザ素子とは異なり、特許文献１に示される従来の半導体レーザ素子では、リッジ部の側面、およびｐ型クラッド層の表面に直接ｐ側電極が形成されているため、特に電極を構成する材料の屈折率が、素子を構成する半導体層の屈折率と同程度に大きい場合、発振レーザ光の基板に垂直方向の光分布が若干、ｐ型クラッド層上およびリッジ部側面に設けられた電極にまで漏れ出しやすくなることがある。こうなると電極材料の光吸収係数は、一般に半導体層の１０4から１０5倍程度も大きいため、内部損失が大幅に増加してしまう。上述の従来の半導体レーザ素子は、このことに起因して、発振効率が低下したり、発振閾値電流値が上昇したりしてしまうという問題があることがわかった。
【特許文献１】特開平４−１１１３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、この発明の課題は、低コストで製造できて、かつ、リッジ部側に設けられた電極(特にリッジ部の最上部以外の領域の電極部分)にまで発振レーザ光が漏れないようにすることによって、高い発振効率を有し、低消費電力(低閾値電流)でかつ高出力動作が可能な半導体レーザ素子とその製造方法を提供することにある。
【００１１】
さらに、この発明の課題は、上記半導体レーザ素子を用いた光ディスク装置および光伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、この発明の半導体レーザ素子は、第１導電型の基板と、上記第１導電型の基板上に形成された活性層と、リッジ部が設けられた第２導電型の半導体層群とを、少なくとも順に積層してなる半導体レーザ素子において、上記第２導電型の半導体層群は、少なくともＧaを含んでおり、上記第２導電型の半導体層群は、少なくともドーピング濃度が１×１０17ｃｍ-3以下の低濃度半導体層とドーピング濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の高濃度半導体層からなり、上記高濃度半導体層が上記リッジ部の最上部に設けられ、上記低濃度半導体層が少なくとも上記リッジ部の最上部以外の領域に設けられており、上記第２導電型の半導体層群上にＡuを含む合金からなる電極が形成され、上記電極と上記低濃度半導体層との界面に、上記電極の構成元素と上記低濃度半導体層の構成元素のうちの少なくとも１つとＮiからなる低濃度側の合金層が形成され、上記電極と上記高濃度半導体層との界面に、上記電極の構成元素と上記高濃度半導体層の構成元素のうちの少なくとも１つとＮiからなる高濃度側の合金層が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
ここで、「第１導電型」とはｎ型とｐ型のうち一方の導電型を指し、「第２導電型」とはｎ型とｐ型のうち他方の導電型を指す。
【００１４】
この発明の半導体レーザ素子は、特許文献１の半導体レーザ素子と同様に、製造段階での結晶成長工程を１度で済ませることができる。したがって、一般的なリッジ埋め込み構造の半導体レーザ素子に比べて、大幅に製造工程が削減され、低コストで作成される。
【００１５】
上記構成の半導体レーザ素子によれば、リッジ部の最上部に設けられたドーピング濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の高濃度半導体層と少なくともＡuを含む合金からなる電極とのオーミック接合では、上記高濃度側の合金層に少なくともＮiを含んでいるために、電極に含まれるＡu原子が上記合金層を超えて活性層側に拡散するのを防止することにより、高濃度半導体層とその上に設けられた電極との界面の平坦性を良好に保つことができると共に、より低いコンタクト抵抗を得ることが可能となる。
【００１６】
一方、少なくともリッジ部の最上部以外の領域に設けられたドーピング濃度が１×１０17ｃｍ-3以下の低濃度半導体層と電極とのショットキー接合では、上記低濃度側の合金層に少なくともＮiを含んでいるために、電極に含まれるＡu原子が上記合金層を超えて拡散するのを防止することにより、低濃度半導体層とその上に設けられた電極との界面の平坦性を良好に保つことができると共に、その電流狭窄性をより高めることが可能となる。
【００１７】
このようにオーミック接合性とショットキー接合性がともにより強化されるので、電流狭窄を行うための埋め込み層(電流ブロック層)の結晶再成長工程と、低コンタクト抵抗を得るためのコンタクト層の結晶再成長工程を別途行わずとも、十分な電流狭窄性と低コンタクト抵抗が実現でき、熱的,電気的信頼性が向上する。
【００１８】
さらに、この発明の半導体レーザ素子においては、上記電極がＡuを含む合金となっているために、その屈折率は半導体層を構成する材料の屈折率に比べて非常に小さく、発振レーザ光を半導体層中に閉じ込める効果が極めて大きい。その結果、リッジ部側に設けられた電極(特にリッジ部の最上部以外の領域の電極部分)にまで光が漏れ出すことが無いようにできる。しかも、少なくともＮiを含む合金層が、Ａu原子の半導体中への拡散と、半導体層と電極との界面の平坦性の悪化を防止しているため、半導体層中や上記界面での内部散乱や吸収損失の増加が無くなり、低閾値電流でかつ高効率なレーザ発振動作が可能となる。
【００１９】
したがって、低消費電力でかつ高出力動作が可能で、長期信頼性を有する低コストで製造可能な半導体レーザ素子を提供することができるようになる。
【００２０】
なお、上記第１導電型の基板の、上記各層が積層された面とは反対側の面に、この面とオーミック接合をなす別の電極が設けられるのが望ましい。これにより、上記二つの電極間で上記活性層を通して容易に通電が行われ、レーザ発振が実現される。
【００２１】
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくとも１×１０17ｃｍ-3以上のドーピング濃度を有する第２導電型の半導体層が形成されていることが好ましい。
【００２２】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくともドーピング濃度が１×１０17ｃｍ-3以上の第２導電型の半導体層をさらに形成することによって、ショットキー接合特性を考慮した制限を受けることなく、この第２導電型の半導体層によって、素子に要求される光学特性仕様に応じた層厚・組成等の変更を自在に行うことができるようになる。しかも、この第２導電型の半導体層は、上記低濃度半導体層よりも高濃度にドーピングされているために、素子抵抗の上昇を抑えることができ、一層の低消費電力化を図ることができるようになる。
【００２３】
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記低濃度半導体層の厚みが０.２μｍ以上であることが好ましい。
【００２４】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記低濃度半導体層の厚みを０.２μｍ以上とすることによって、上記低濃度側に形成される合金層の厚みが上記低濃度半導体層の厚みを超えることが無くなり、十分な電流狭窄性と熱的,電気的信頼性を両立した半導体レーザ素子を提供することが可能となる。
【００２５】
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記低濃度半導体層が少なくとも２層の半導体層からなり、上記電極側に設けられた半導体層がＩnＧaＡsＰからなることが好ましい。
【００２６】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記低濃度半導体層のうちの電極側に設けられる半導体層中に、酸化し易いＡlを含まないために深い準位が形成されにくく、かつＡuを含む電極を上部に形成した際の電流狭窄性がよいため、良好な信頼性を有する半導体レーザ素子を提供することができる。
【００２７】
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記第１導電型がｎ型であり、上記第２導電型がｐ型であり上記電極が少なくともＡuとＺnの合金からなることが好ましい。
【００２８】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記第１導電型をｎ型とし、上記第２導電型をｐ型としたとき、上記電極が少なくともＡuとＺnの合金からなることによって、上記リッジ部の最上部に設けられた高濃度半導体層と電極との良好なコンタクト抵抗と、電極への発振レーザ光の漏れの防止を両立できるようになり、より一層の低消費電力動作化が可能となる。
【００２９】
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記ＡuとＺnの合金のＺnの含有量が１％以上かつ２０％以下であることが好ましい。
【００３０】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、良好なコンタクト抵抗と、屈折率の観点からの基板に垂直な方向の発振レーザ光分布への影響を与えないことの両方を兼ね備えた電極材料を提供することができる。上記ＡuとＺnの合金のＺnの含有量が１％を下回るとコンタクト抵抗が上昇し、かつ、熱的、電気的な信頼性が低下する。一方、上記ＡuとＺnの合金のＺnの含有量が２０％を超えると、電極の形成方法にも大きく依存するが、その屈折率が１を大幅に越えて、半導体層を構成する材料の屈折率に近づいてくるため好ましくない。
【００３１】
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記合金層が、上記第２導電型の半導体層群側に形成された少なくともＺnとＮiとＧaを含む第１の合金層と、上記電極側に形成された少なくともＡuとＺnとＮiとＧaを含む第２の合金層とを有することが好ましい。
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記合金層が電極側から順にＡuを含む第２の合金層と、Ａuを含まない第１の合金層とを有することにより、電極に含まれるＡuが上記第２導電型の半導体層群側に拡散することを防止できるようになる。そのことによって、内部散乱や吸収損失の増加を抑制した、良好な特性を有する半導体レーザ素子を提供することが可能となる。
【００３２】
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記第１導電型がｐ型であり、上記第２導電型がｎ型であり、上記電極が少なくともＡuとＧeの合金からなることを特徴とする。
【００３３】
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記第１導電型をｐ型とし、上記第２導電型をｎ型としたとき、上記電極が少なくともＡuとＧeの合金からなることによって、上記リッジ部の最上部に設けられた高濃度半導体層と電極との良好なコンタクト抵抗と、電極への発振レーザ光の漏れの防止を両立できるようになり、より一層の低消費電力動作化が可能となる。
【００３４】
また、この発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第１導電型の基板上に、活性層を形成する工程と上記活性層上に、少なくともＧaを含み、かつ、少なくともドーピング濃度が１×１０17ｃｍ-3以下の低濃度半導体層とドーピング濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の高濃度半導体層からなる第２導電型の半導体層群を積層形成する工程と、上記第２導電型の半導体層群の一部を除去してリッジ部を形成する工程と、上記リッジ部が形成された上記第２導電型の半導体層群上に、少なくともＡuを含む合金材料またはＮiの一方を堆積させた後、上記合金材料またはＮiの他方を堆積させる工程と、上記少なくともＡuを含む合金材料および上記Ｎiを堆積させる工程の後、熱処理により、上記第２導電型の半導体層群上に、上記少なくともＡuを含む合金材料の構成元素と上記第２導電型の半導体層群の構成元素のうちの少なくとも１つとＮiからなる合金層を形成すると共に、上記合金層を介して上記第２導電型の半導体層群と導通する電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００３５】
上記構成の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記合金層に少なくともＮiを含んでいるため、上記少なくともＡuを含む合金材料のＡuの異常拡散がなくなり、半導体層と電極との界面の平坦性が保たれ、内部散乱や吸収損失の増加を防止でき、かつ低い素子抵抗と十分な電流狭窄性を有する半導体レーザ素子を製造することができる。そのことによって、高い発振効率と低消費電力動作を両立できる半導体レーザ素子の製造方法が提供される。
【００３６】
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、上記第２導電型の半導体層群を形成する工程において、上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくとも１×１０17ｃｍ-3以上のドーピング濃度を有する第２導電型の半導体層を形成することが好ましい。
【００３７】
上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくともドーピング濃度が１×１０17ｃｍ-3以上の第２導電型の半導体層をさらに形成することによって、ショットキー接合特性を考慮した制限を受けることなく、この第２導電型の半導体層によって、素子に要求される光学特性仕様に応じた層厚・組成等の変更を自在に行うことができる。また、この第２導電型の半導体層は、上記低濃度半導体層よりも高濃度にドーピングされているために、素子抵抗の上昇を抑えることができ、一層の低消費電力化を図ることができる半導体レーザ素子の製造方法が提供される。
【００３８】
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、上記第２導電型がｐ型であり、上記電極が少なくともＡuとＺnの合金からなることが好ましい。
【００３９】
上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、ｐ型の半導体層群に対して少なくともＡuＺn合金からなる電極を用いることによって、良好なオーミック接合性と、十分な電流狭窄性を両立した電極構成を得ることができる。しかも、電極中に含まれるＡu原子の拡散が防止され、また半導体層と電極との界面の平坦性も良好に保つことが可能となるため、高い発振効率を有しながら低いコンタクト抵抗が得られる。
【００４０】
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、上記少なくともＡuを含む合金材料またはＮiの一方を堆積させた後、少なくともＡuを含む合金材料またはＮiの他方を堆積させる工程において、上記少なくともＡuを含む合金材料よりも先にＮiを厚み５ｎｍ以上堆積させた後に上記少なくともＡuを含む合金材料を堆積させることが好ましい。
【００４１】
上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、先に、Ｎiをその厚みが５ｎｍ以上となるように堆積し、続いて、少なくともＡuを含む合金材料を堆積させ、その後に熱処理を行うことによって、少なくともＡuを含む合金材料中に含まれるＡu原子の異常拡散を防止し、かつ半導体層と電極との界面の平坦性を良好に保つことのできるＮiを含む合金層を形成することが可能となる。よって、内部散乱や吸収損失の増加を防止できるため、高効率発振、低消費電力動作が可能な半導体レーザ素子の製造方法が提供される。
【００４２】
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、上記熱処理により上記合金層と上記電極を形成する工程において、３５０℃以上かつ４５０℃以下で熱処理を行うことが好ましい。
【００４３】
上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記Ｎiを含む合金層を形成する工程において、３５０℃以上の温度で熱処理を実施することによって、信頼性に優れたショットキー接合と、十分に低抵抗なオーミック接合を得ることができる。したがって、十分な電流狭窄性を有し、素子信頼性に優れ、かつ電極に含まれるＡu原子の拡散による内部散乱や吸収損失が無いために、低消費電力で高出力動作が可能な半導体レーザ素子を製造することができる。なお、３５０℃以下の熱処理では、十分な合金化反応が起こらず、４５０℃を超える温度になると、ｐ型コンタクト層と電極との界面の平坦性が悪化し、また、上記合金層を超えてＡuが異常拡散し始めるので好ましくない。
【００４４】
また、この発明の光ディスク装置は、上記いずれか一つの半導体レーザ素子を用いていることを特徴とする。
【００４５】
上記光ディスク装置によれば、従来の光ディスク装置に比べて、より低消費電力で書き込みができる上、より安価に構成される光ディスク装置を提供することができる。
【００４６】
また、この発明の光伝送システムは、上記いずれか一つの半導体レーザ素子を用いていることを特徴とする。
【００４７】
上記光伝送システムによれば、従来よりも安価でかつ低消費電力動作が可能な光伝送モジュールを提供することができ、光伝送システムの低価格化と高性能化を図ることができる。
【発明の効果】
【００４８】
以上より明らかなように、この発明の半導体レーザ素子によれば、リッジ側に設けられた電極(特にリッジ部の最上部以外の領域に設けられた電極部分)に発振レーザ光が漏れ出さないようにでき、かつ電極に含まれるＡu原子の異常拡散を防止できるために内部散乱や吸収損失の増加をなくすことができる。したがって、高い発振効率を有し、低閾値電流で発振できるため、低消費電力で高出力動作が可能で、かつ圧倒的に安価に製造できる半導体レーザ素子を提供することができる。
【００４９】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、高い発振効率、低消費電力(低閾値電流)動作が可能な半導体レーザ素子を、簡便にかつ低コストで製造できる方法が提供される。
【００５０】
本発明の光ディスク装置によれば、本発明の半導体レーザ素子を用いることによって、従来の光ディスク装置に比べて、低消費電力でデータ書き込みができる上、より安価に構成される。
【００５１】
本発明の光伝送システムによれば、本発明の半導体レーザ素子をその光伝送モジュールに用いることによって、従来よりも安価でかつ低消費電力動作が可能な光伝送モジュールが得られ、光伝送システムの低価格化と高性能化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下、この発明の半導体レーザ素子およびその製造方法および光ディスク装置および光伝送システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５３】
なお、以下の説明では、「ｎ−」は第１導電型としてのｎ型を表し、「ｐ−」は第２導電型としてのｐ型を表す。
【００５４】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の構造を示したものである。
【００５５】
この半導体レーザ素子は、ｎ−ＧaＡs基板１０１上に、ｎ−ＧaＡsバッファ層１０２、ｎ−Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第１下クラッド層１０３、ｎ−Ａl0.422Ｇa0.578Ａs第２下クラッド層１０４、Ａl0.25Ｇa0.75Ａs下ガイド層１０５、多重歪量子井戸活性層１０６、Ａl0.25Ｇa0.75Ａs第１上ガイド層１０７、ｐ−Ａl0.4Ｇa0.6Ａs第２上ガイド層１０８、ｐ−Ａl0.456Ｇa0.544Ａs第１上クラッド層１０９、低濃度半導体層の一例としてのｐ−Ａl0.456Ｇa0.544Ａs第２上クラッド層１１０と低濃度半導体層の一例としてのｐ−Ｉn0.1568Ｇa0.8432Ａs0.4Ｐ0.6半導体層１１１が順次積層されている。
【００５６】
このｐ−ＩnＧaＡsＰ半導体層１１１上に、順メサストライプ形状のリッジ部１３０をなすように、ｐ−Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第３上クラッド層１１２、ｐ−ＧaＡsコンタクト層１１３およびｐ+−ＧaＡsコンタクト層１１４が設けられている。
【００５７】
そのリッジ部１３０の頂部と側面部およびｐ−ＩnＧaＡsＰ半導体層１１１上部にＡuＺn層１１５b、Ａu層１１５cの順に積層して形成された多層金属薄膜からなるｐ側電極１１５を有する。さらに、ｐ側電極１１５と接する各々の半導体層との界面には、それぞれＮiとＡuとＺnと各々の半導体層を構成する元素とが合金化した合金層１１６が形成されている。
【００５８】
詳しくは、リッジ部１３０の頂部において１×１０18ｃｍ-3以上のドーピング濃度を有する高濃度半導体層の一例としてのｐ+−ＧaＡsコンタクト層１１４とｐ側電極１１５との界面に、良好なオーミック接合を実現し、ｐ側電極１１５に含まれるＡu原子を活性層１０６側まで拡散させることの無いＮiとＡuとＺnとＧaＡsの高濃度側の合金層１１６を形成させる。また、リッジ部１３０以外の領域において、１×１０17ｃｍ-3以下のドーピング濃度を有する低濃度半導体層の一例としてのｐ−Ｉn0.1568Ｇa0.8432Ａs0.4Ｐ0.6半導体層１１１およびｐ−Ａl0.456Ｇa0.544Ａs第２上クラッド層１１０とｐ側電極１１５との界面に、通電時にも安定なショットキー接合性を示し、ｐ側電極１１５に含まれるＡu原子を活性層１０６側まで拡散させることの無いＮiとＡuとＺnと低濃度半導体層を構成する元素との低濃度側の合金層１１６を形成させる。
【００５９】
また、基板１０１の裏面には、別の電極層として、ＡuＧe／Ｎi／Ａuの多層金属薄膜からなるｎ側電極１１７が形成されている。
【００６０】
上記ｐ−Ａl0.4Ｇa0.6Ａs第２上ガイド層１０８、ｐ−Ａl0.456Ｇa0.544Ａs第１上クラッド層１０９、ｐ−Ａl0.456Ｇa0.544Ａs第２上クラッド層１１０、ｐ−Ｉn0.1568Ｇa0.8432Ａs0.4Ｐ0.6半導体層１１１、ｐ−Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第３上クラッド層１１２、ｐ−ＧaＡsコンタクト層１１３およびｐ+−ＧaＡsコンタクト層１１４で第２導電型の半導体層群を構成している。
【００６１】
次に、図２から図４を参照しながら、上記半導体レーザ素子の製造方法を説明する。また、図５に上記半導体レーザ素子のリッジ構造周辺の拡大模式図を示す。
【００６２】
まず図２に示すように、ｎ−ＧaＡs基板１０１の(１００)面上に、ｎ−ＧaＡsバッファ層１０２(層厚：０.５μｍ、Ｓｉドーピング濃度：７.２×１０17ｃｍ-3)、ｎ−Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第１下クラッド層１０３(層厚：２.０μｍ、Ｓｉドーピング濃度：５.４×１０17ｃｍ-3)、ｎ−Ａl0.422Ｇa0.578Ａs第２下クラッド層１０４(層厚：０.１μｍ、Ｓｉドーピング濃度：５.４×１０17ｃｍ-3)、Ａl0.25Ｇa0.75Ａs下ガイド層１０５(層厚３.０ｎｍ)、多重歪量子井戸活性層１０６、Ａl0.25Ｇa0.75Ａs第１上ガイド層１０７(層厚：３.０ｎｍ)、ｐ−Ａl0.4Ｇa0.6Ａs第２上ガイド層１０８(層厚：０.１μｍ、Ｚnドーピング濃度：１.３５×１０18ｃｍ-3)、ｐ−Ａl0.456Ｇa0.544Ａs第１上クラッド層１０９(層厚：０.２μｍ、Ｚnドーピング濃度：１.３５×１０18ｃｍ-3)、ｐ−Ａl0.456Ｇa0.544Ａs第２上クラッド層１１０(層厚：０.２μｍ、Ｚnドーピング濃度：１×１０17ｃｍ-3)、ｐ−Ｉn0.1568Ｇa0.8432Ａs0.4Ｐ0.6半導体層１１１(層厚：１５ｎｍ、Ｚnドーピング濃度：１×１０17ｍ-3)、ｐ−Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第３上クラッド層１１２(層厚：１.２８μｍ、Ｚnドーピング濃度：２.４×１０18ｃｍ-3)、ｐ−ＧaＡsコンタクト層１１３(層厚：０.２μｍ、Ｚnドーピング濃度：３×１０18ｃｍ-3)、ｐ+−ＧaＡsコンタクト層１１４(層厚：０.３μｍ、Ｚnドーピング濃度：１×１０19ｃｍ-3)を順次、ＭＯＣＶＤ法(有機金属化学気相成長法)にて結晶成長させる。
【００６３】
上記多重歪量子井戸活性層１０６は、Ｉn0.1001Ｇa0.8999Ａs圧縮歪量子井戸層(歪０.７％、層厚：４.６ｎｍ、２層)とＩn0.238Ｇa0.762Ａs0.5463Ｐ0.4537引張歪障壁層(歪０.１％、バンドギャップＥｇ≒１.６０ｅＶ、基板側から層厚：２１.５ｎｍ、７.９ｎｍ、２１.５ｎｍの３層であり、基板１０１に最も近いものが、ｎ側障壁層、最も遠いものがｐ側障壁層となる)を交互に配置して形成されている。
【００６４】
次に、リッジ部１３０を形成すべきリッジ部形成領域１１８ａ上に、図２中に示すようにレジストマスク１１８(マスク幅３.５μｍ)をフォトリソグラフィ工程により作製する。このレジストマスク１１８は、形成すべきリッジ部１３０(図１に示す)が延びる方向に対応して、＜０−１１＞方向にストライプ状に延びるように形成される。
【００６５】
次に、図３に示すように、このレジストマスク１１８をマスクにして、コンタクト層１１４,１１３と第３上クラッド層１１２のうち上記レジストマスク１１８の両側に相当するリッジ部形成外領域１１８ｂ部分をエッチングにより除去して、レジストマスク１１８の直下に、順メサストライプ状のリッジ部１３０を形成する。このエッチングは、硫酸と過酸化水素水の混合水溶液を用いて、ｐ−ＩnＧaＡsＰ半導体層１１１の直上まで行う。続いて、アンモニアと過酸化水素水の混合水溶液でＧaＡsコンタクト層１１３および１１４のオーバーハング部分をとる。エッチングの深さは１.７８μｍ、リッジ部１３０の最下部の幅は約３.２μｍである。エッチング終了後に、レジストマスク１１８は除去する。
【００６６】
続いて、図４に示すように、抵抗加熱蒸着法を用いて、ｐ側電極１１５としてＮi層１１５a(層厚：１０ｎｍ)／ＡuＺn層１１５b(Ａu９５％とＺn５％との合金、層厚：１００ｎｍ)／Ａu層１１５c(層厚：３００ｎｍ)の順に金属薄膜を積層形成する。
【００６７】
その後、図１に示したように、基板１０１を裏面側から所望の厚み(ここでは、約１００μｍ)にまで、ラッピング法により研削する。そして、裏面側から抵抗加熱蒸着法を用いて、ｎ側電極１１７としてＡuＧe層(Ａu８８％とＧe１２％との合金、層厚：１００ｎｍ)、Ｎi層(層厚：１５ｎｍ)、Ａu層(層厚：３００ｎｍ)を積層形成する。
【００６８】
その後、Ｎ2雰囲気中で、４００℃１分間加熱し、アロイ処理を行う。その結果、図５に示すように、ｐ側電極１１５と、ｐ側電極１１５の接する各々の半導体層との界面には、少なくともＮiとＡuが各々の半導体層を構成する元素と合金化した合金層１１６が形成される。
【００６９】
上記合金層１１６は、図５の右側の拡大図に示すように、下側に形成された少なくともＺnとＧaおよびＮiからなる第１の合金層１１６aと、上側(電極１１５側)に形成された少なくともＡuとＺnとＧaおよびＮiからなる第２の合金層１１６bとを有している。
【００７０】
この基板１０１を、所望の共振器長(ここでは、５００μｍ)を有する複数のバーに分割した後、上記バーに端面コーティングを行い、さらに上記バーをチップ(５００μｍ×２５０μｍ)に分割する。分割後のチップを、Ｉn糊剤を用いてステム(図示せず)上に固着する。そして、ｐ側電極１１５上に、外部回路との電気的接続を行うためのＡuワイヤ(不図示)をボンディングする。これで、半導体レーザ素子が完成する。
【００７１】
このようにして作成された半導体レーザ素子のｐ側電極１１５とｎ側電極１１７との間に電流を流すと、リッジ部１３０の側方の低濃度半導体層であるｐ−ＩnＧaＡsＰ半導体層１１１とｐ側電極１１５との間のショットキー接合では電流が遮断され、リッジ部１３０の最上部に設けられた高濃度半導体層であるｐ+−ＧaＡsコンタクト層１１４とｐ側電極１１５との間でのオーミック接合を通してのみ電流が流れる。これにより電流狭窄が行われる。
【００７２】
上述したように、この第１実施形態の半導体レーザ素子は、製造段階での結晶成長工程を１度で済ませることができたため、一般的なリッジ埋め込み構造の半導体レーザ素子に比べて、大幅に製造工程が削減され、低コストで作成することが可能となった。
【００７３】
この第１実施形態の半導体レーザ素子においては、ｐ側電極１１５として、ＡuＺn層１１５bとＡu層１１５cを積層したものが使用され、また低濃度半導体層(１１１)とｐ側電極１１５、高濃度半導体層(１１４)とｐ側電極１１５、それぞれの界面にＮiを含む合金層１１６が形成されている。このことによって、低い素子抵抗と高い発振効率を両立し、長期の熱的、電気的信頼性を有する半導体レーザ素子を実現することができた。
【００７４】
一般に、ｐ型コンタクト層に対する電極材料として、アロイ(合金化)処理を行うことによって良好なオーミック接合を得ることができるＡuＺn合金が多用されている。その一方で、Ａuを主たる成分とする材料を合金化させてオーミック接合を得た場合、Ａu原子の拡散が急速、かつスパイク状に進行することが知られている。このようなスパイク状のＡu原子の拡散が起きると、半導体層と電極との界面の荒れが発生するため、例えば発振したレーザ光が半導体層と電極との界面付近にまで分布するような形状を持つ場合、当該界面での内部散乱が増加し、発振効率を低下させてしまう。さらに、スパイク状に深く拡散したＡu原子に起因する内部散乱や吸収損失の増加、加えて拡散の進行に伴う結晶性の悪化に起因する信頼性の低下も懸念される。そのため、活性層が比較的近い場合(電極から活性層がおよそ１から３μｍ程度の距離のとき)には、ＡuＺn合金を電極に用いずに、合金化を必要としない一般に「ノンアロイ電極」と呼ばれる、Ｔi／Ｐt／Ａu系電極が用いられることが多い。
【００７５】
しかしながら、従来のＴi／Ｐt／Ａu系電極を、上述のようなショットキー接合を用いた電流狭窄を行う半導体レーザ素子に適用した場合、別の問題が発生することが分かってきた。すなわち、ＴiやＰtの屈折率の値が、半導体レーザ素子を構成する半導体層の屈折率の値と極めて近しいため、特にリッジ部脇近傍に形成された電極の屈折率が、発振するレーザ光の光分布に大きく影響し、電極側に光分布形状が引っ張られる状態になる傾向がある。電極材料の吸収係数は、半導体の吸収係数に比べて一般に１０4から１０5倍も大きいため、このように電極にまで光が漏れてしまうと、大きな吸収損失が発生してしまう。
【００７６】
これに対して、Ａuを主体とするＡuＺn合金は、そのＺn含有量にも依存するが、屈折率は非常に小さく、常用波長帯で屈折率を１以下とすることが容易であり、これは、半導体層の典型的な屈折率である３前後に比べて十分に小さい。このために、発振したレーザ光を半導体層中に閉じ込める効果が非常に強くなり、その結果、電極にまで光が漏れることを無くすことができる。
【００７７】
上記第１実施形態の半導体レーザ素子は、これらを勘案して考案されたものであり、屈折率が小さいＡuを主体とする合金を電極材料に用い、さらにそのＡuを主たる成分とする電極１１５と半導体層との界面に、Ｎiを含む合金層１１６を設けることによって、Ａu原子がその合金層１１６を超えて拡散することを無くすことができたため、内部散乱や吸収損失の増加を伴わずに低コンタクト抵抗と高信頼性を有する半導体レーザ素子を実現できたというものである。
【００７８】
また、Ｎiを含む合金層１１６を設けることによって、Ａu原子の拡散が防止でき、また、電極１１５と半導体層(１１１,１１４)との界面の平坦性が悪化することも無かったため、内部散乱や吸収損失の増加が無くなった。さらに、リッジ部１３０脇近傍に設けられた電極１１５の屈折率が、概略１以下であるので、発振レーザ光分布を半導体層中に強く閉じ込めることができ、発振した光は電極１１５まで漏れ出なかった。
【００７９】
このように界面の平坦性が改善したことによって、オーミック接合を、より安定して低コンタクト抵抗で得ることができるようになった。
【００８０】
また、ショットキー接合性に関しても、通電時の接合の安定性が増し、長期の信頼性が向上する効果があった。
【００８１】
よって、上述のようにオーミック接合性とショットキー接合性がともにより強化されたので、電流狭窄を行うための埋め込み層(電流ブロック層)の結晶再成長工程と、低コンタクト抵抗を得るためのコンタクト層の結晶再成長工程を別途行わずとも、十分な電流狭窄性と低コンタクト抵抗をもつ半導体レーザ素子を製造することが可能となった。
【００８２】
上記第１実施形態の半導体レーザ素子では、低濃度半導体層としてのｐ−Ａl0.456Ｇa0.544Ａs第２上クラッド層１１０とｐ−Ｉn0.1568Ｇa0.8432Ａs0.4Ｐ0.6半導体層１１１のＺnドーピング濃度を１×１０17ｃｍ-3とすることによって、十分な電流狭窄性を得ることができた。これらのトータルの厚みは０.２１５μｍである。上記Ｎiを含む合金層１１６の厚みは、この第１実施形態で行った４００℃の熱処理のように、３５０℃以上かつ４５０℃以下の熱処理条件を用いることにより、０.２μｍに満たないようにできる。上述の１×１０17ｃｍ-3以下の半導体層(１１０,１１１)の厚みは、この合金層１１６よりも厚くなるように設定すればよく、０.２μｍ以上である必要がある。
【００８３】
また、この第１実施形態では、１×１０17ｃｍ-3以下の半導体層(１１０,１１１)を２層構造としたが、もちろん１層であっても、あるいは３層以上であっても良い。しかしながら、その最上層は、この第１実施形態のようにＩnＧaＡsＰであることが好ましい。ＩnＧaＡsＰ半導体層は、Ａlを含まないため酸化されにくく、長期の電流狭窄性の維持(信頼性)に大きな効果がある。さらに、ＧaＡsやＡlＧaＡsなどに対してエッチング特性が異なるため、選択エッチングを利用した高精度なリッジ部形成が可能となると言うメリットもある。なお、Ａlを含まないと言う点では、ＩnＧaＰを用いることもできるが、特にこの第１実施形態のようにｐ型に適用する場合、ＩnＧaＰよりもＩnＧaＡsＰの方が、ホールに対するバリアが低く、ホール注入効率を向上させることができると言う効果がある。
【００８４】
この第１の実施形態の半導体レーザ素子では、第２上クラッド層と組成は同一であるが、第２導電型の半導体層の一例としてのドーピング濃度を高めたｐ−Ａl0.456Ｇa0.544Ａs第１上クラッド層１０９(層厚：０.２μｍ、Ｚnドーピング濃度：１.３５×１０18ｃｍ-3)を第２上クラッド層１１０と活性層１０６との間に設けており、この層の厚みを変更することによって、所望の光学特性が得られるように調整している。もちろん、厚みだけでなく組成について変更しても良い。
【００８５】
上記第１実施形態のように、良好な電流狭窄のために設けた１×１０17ｃｍ-3以下の半導体層(１１０,１１１)に対して、より活性層１０６側に、ドーピング濃度を高めた半導体層(１０９)を形成する構成を採用することによって、必要以上の素子抵抗の抑制し、素子特性の悪化を防ぐことができた。
【００８６】
また、上記第１実施形態の半導体レーザ素子のように、基板１０１がｎ型であり、リッジ部１３０を形成する第２導電型の半導体層群がｐ型であるような場合には、ｐ側に設ける電極１１５としては、上述の通りＡuＺn合金が好ましい。逆に、基板をｐ型とし、リッジ部側をｎ型とする場合には、ＡuＧe合金が好適に使用される。
【００８７】
上記第１実施形態において、ＡuＺn合金のＺnの含有量を１％以上かつ２０％以下とすることによって、抵抗加熱蒸着法を用いた場合に、その屈折率を１.０以下に容易にすることができ、かつ十分に低いコンタクト抵抗を実現することができる。屈折率の調整は、Ｚnの含有量を変える以外に、膜形成速度や、基板温度を変更することによって可能となる。この第１実施形態では、基板加熱は特に行わず、ＡuＺn合金の膜形成速度は、１.５ｎｍ／ｓｅｃで行い、波長５００ｎｍから１.０μｍにかけて、屈折率１.０以下を実現した。なお、屈折率の測定には、分光エリプソメータを使用した。
【００８８】
上記ＡuＺn合金のＺnの含有量が１％未満であっても、屈折率は１.０以下となるが、Ｚnの含有量が少ないために、ｐ側電極１１５とｐ+−ＧaＡsコンタクト層１１４との間のコンタクト抵抗が十分に低下しない場合がある。また、Ｚnの含有量が２０％を超えると上記屈折率が１.０を超え、さらにコンタクト抵抗も逆に悪化する傾向を示す。
【００８９】
このように、屈折率が１.０以下の電極材料を用いることにより、前述したように発振レーザ光の光分布が電極側にまで漏れ出さないようにすることができた。なお、この第１実施形態においては、ＡuＺn層１１５bの上に、Ａu層１１５cを設け、外部との導通をとるために形成されるＡu製金属ワイヤとの密着性や、接触抵抗を改善した。この第１実施形態のように、ＡuＺn層上に直接Ａu層を設けてもよく、あるいは、ＡuＺn層とＡu層との間にＴiやＭoのような密着性を改善させる効果のある材料層を挿入しても良い。
【００９０】
この第１の実施形態における半導体レーザ素子のように、Ｎiを含む合金層を形成するためには、まずＮi層を堆積させた後、ＡuＺn層を堆積させる順としたほうが良い。この時、界面の平坦性を悪化させずに、良好なＮiを含む合金層が形成される。Ｎi層とＡuＺn層の堆積順序を逆にしてもＮiを含む合金層は形成されるが、界面の平坦性は若干悪化する傾向にある。
【００９１】
なお、堆積させるＮi層の膜厚は、５ｎｍ以上であることが好ましい。Ｎi層の膜厚が５ｎｍ未満の場合、十分な合金層を形成するにはＮiが不足であり、またｐ型コンタクト層と電極との界面の平坦性を保つ効果も小さかった。一方、２５ｎｍを超えて堆積させた場合、熱処理を行った後も、一部のＮiは合金化されずに残ってしまい好ましくないことがある。Ｎiが単体の層として残った場合、ＡuＺnやＡuに比べて屈折率が高いため、基板に垂直な方向の発振レーザ光の分布に影響を与える可能性がある。この第１実施形態においては、１０ｎｍのＮi層１１５aを堆積させた。その結果、Ｎi層は、前述した温度範囲の熱処理によって全て反応し、電極１１５を構成する他の元素および半導体層(１１４,１１１)を構成する元素と共に合金層１１６となった。
【００９２】
また、Ｎiを合金化させるための熱処理温度は、上述の通り３５０℃以上かつ４５０℃以下が好ましい。この熱処理温度が３５０℃未満では、十分なアロイ反応が起こらず、低いコンタクト抵抗を得ることができない一方、４５０℃を超える温度では、Ｎiを含む合金層がＡu原子の異常拡散を阻止できない。
【００９３】
上述のような構造および製造方法とすることによって、この第１の実施形態における半導体レーザ素子は、リッジ部１３０側に設けられた電極１１５(特にリッジ部の最上部以外の領域に設けられた電極部分)に発振レーザ光が漏れ出さないようにでき、かつ電極に含まれるＡu原子の異常拡散を防止できるため、内部散乱や吸収損失の増加をなくすことができる。したがって、高い発振効率を有し、低閾値電流で発振できるため低消費電力、高出力動作が可能な半導体レーザ素子を、従来に比べて圧倒的に安価に製造することができる。
【００９４】
なお、上記第１実施形態においては、活性層とクラッド層との間にガイド層を有するＳＣＨ(Separate Confinement Heterostructure)構造を用いたが、もちろん本発明はこれに限られるものではない。例えば、結晶成長を円滑に行うための中間層を追加するなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各々の層厚、材料の変更等を加え得ることは当然である。
【００９５】
〔第２実施形態〕
図６は、本発明にかかる光ディスク装置２００の構造の一例を示したものである。これは光ディスク２０１にデータを書き込んだり、書き込まれたデータを再生したりするためのものであり、その際に用いられる発光素子として、先に説明した第１実施形態の構成を使用した波長７８０ｎｍ帯で発振する半導体レーザ素子２０２を備えている。
【００９６】
この光ディスク装置についてさらに詳しく説明する。書き込みの際は、半導体レーザ素子２０２から出射された信号光がコリメートレンズ２０３により平行光とされ、ビームスプリッタ２０４を透過し、λ／４偏光板２０５で偏光状態が調節された後、対物レンズ２０６で集光されて光ディスク２０１に照射される。読み出し時には、データ信号がのっていないレーザ光が書き込み時と同じ経路をたどって光ディスク２０１に照射される。このレーザ光がデータの記録された光ディスク２０１の表面で反射され、レーザ光照射用対物レンズ２０６、λ／４偏光板２０５を経た後、ビームスプリッタ２０４で反射されて９０°角度を変えた後、受光素子用対物レンズ２０７で集光され、信号検出用受光素子２０８に入射する。信号検出用受光素子２０８内で入射したレーザ光の強弱によって記録されたデータ信号が電気信号に変換され、信号光再生回路２０９において元の信号に再生される。
【００９７】
この第２実施形態の光ディスク装置では、低コストで製造でき、かつ高い発振効率で動作し、しかも低い素子抵抗を有する半導体レーザ素子２０２を用いているため、消費電力を大幅に削減することが可能となる。従って、より環境に対する負荷の少ない光ディスク装置を安価に提供することができる。
【００９８】
なお、ここでは第１実施形態の構成を使用した半導体レーザ素子２０２を記録再生型の光ディスク装置に適用した例について説明したが、同じ波長７８０ｎｍ帯を用いる光ディスク記録装置、光ディスク再生装置や、他の波長帯(例えば６５０ｎｍ帯)の光ディスク装置にも適用可能であることはいうまでもない。
【００９９】
〔第３実施形態〕
図７は、本発明の第３実施形態の光伝送システムに使用される光伝送モジュール３００を示す断面図である。また、図８は光源の部分を示す斜視図であり、図９は、光伝送システムの概略図である。この第３実施形態では、光源として第１実施形態で説明した発振波長８９０ｎｍのＩnＧaＡs系半導体レーザ素子(レーザチップ)３０１を、また受光素子３０２としてシリコン(Ｓｉ)のｐｉnフォトダイオードを用いている。詳しくは後述するが、通信を行う双方の側(例えば、端末とサーバ)にそれぞれ同じ光伝送モジュール３００を備えることにより、双方の光伝送モジュール３００間で光信号を送受信する光伝送システムが構成される。
【０１００】
図７において、回路基板３０６上には、半導体レーザ駆動用の正負両電極のパターンが形成され、図示のとおり、レーザチップ３０１を搭載する部分には深さ３００μｍの凹部３０６ａが設けられている。この凹部３０６ａに、レーザチップ３０１を搭載したレーザマウント(マウント材)３１０をはんだで固定する。レーザマウント３１０の正電極３１２の平坦部３１３(図８に示す)は、回路基板３０６上のレーザ駆動用正電極部(図示せず)とワイヤ３０７ａによって電気的に接続される。また、上記凹部３０６ａはレーザ光の放射を妨げない程度の深さとなっており、また、面の粗さが放射角に影響を与えないようにされている。
【０１０１】
また、受光素子３０２は、やはり回路基板３０６に実装され、ワイヤ３０７ｂにより電気信号が取り出される。この他に、回路基板３０６上にレーザ駆動用／受信信号処理用のＩＣ回路３０８が実装されている。
【０１０２】
次いで、はんだで凹部３０６ａに固定されたレーザマウント３１０を搭載した部分に液状のシリコン樹脂３０９を適量滴下する。シリコン樹脂３０９中には、光を拡散させるフィラーが混入されている。シリコン樹脂３０９は表面張力のために凹部内に留まり、レーザマウント３１０を覆い凹部３０６ａに固定する。この第３実施形態では、回路基板３０６上に凹部３０６ａを設け、レーザマウント３１０を実装したが、上述のように、シリコン樹脂３０９は表面張力のためにレーザチップ表面およびその近傍に留まるので、凹部３０６ａは必ずしも設ける必要はない。
【０１０３】
この後、８０℃で約５分間加熱して、ゼリー状になるまで硬化させる。次いで、透明なエポキシ樹脂モールド３０３により被覆する。レーザチップ３０１の上方には、放射角制御のためのレンズ部３０４が、また、受光素子３０２の上方には信号光を集光するためのレンズ部３０５がそれぞれ一体的にモールドレンズとして形成される。
【０１０４】
次に、レーザマウント３１０について、図８を用いて説明する。図８に示すように、Ｌ字型のヒートシンク３１１にレーザチップ３０１がＩn糊剤を用いてダイボンドされている。レーザチップ３０１は、第１実施形態で説明したＩnＧaＡs系の半導体レーザ素子であり、そのチップ下面３０１ｂには高反射膜がコーティングされており、一方、レーザチップ上面３０１ａには低反射膜がコーティングされている。これらの反射膜は、レーザチップ端面の保護も兼ねている。
【０１０５】
ヒートシンク３１１の基部３１１ｂには、ヒートシンク３１１と導通しないように絶縁物により正電極３１２が固着されている。この正電極３１２とレーザチップ３０１の表面のショットキー接合部上に設けられた電極領域３０１ｃとは、金ワイヤ３０７ｃによって接続されている。上述のように、このレーザマウント３１０を、図７の回路基板３０６の負電極(図示せず)にはんだ固定して、正電極３１２の上部の平坦部３１３と回路基板３０６の正電極部(図示せず)とをワイヤ３０７ａで接続する。このような配線の形成により、図８に示すように、レーザビーム３１４を発振により得ることができる光伝送モジュール３００が完成する。
【０１０６】
この第３実施形態の光伝送モジュール３００は、前述の低コストで製造でき、高効率、低素子抵抗な半導体レーザ素子を使用しているため、そのモジュールの消費電力を従来に比べて大幅に低く抑えることができるとともに、モジュール単価を下げることができる。この光伝送モジュール３００を用いた光伝送システムは、低消費電力で動作するため、環境に対する負荷を小さくでき、また低価格で構成できる。また、携帯機器にこの光伝送システムを搭載した際には、バッテリー駆動時間を従来よりも長くでき、より快適に携帯機器を使用することができるようになる。
【０１０７】
上述したように、通信を行う双方の側にそれぞれ同じ光伝送モジュール３００を備えることにより、双方の光伝送モジュール３００間で光信号を送受信する光伝送システムが構成される。図９は、この光伝送モジュール３００を用いた光伝送システムの構成例を示している。この光伝送システムは、部屋の天井に設置された基地局３１５に上記光伝送モジュール３００を備えるとともに、パーソナルコンピュータ３１６に上記と同じ光伝送モジュール(区別のために符号３００’で表す。)を備えている。パーソナルコンピュータ３１６側の光伝送モジュール３００’の光源から情報を持って発した光信号は、基地局３１５側の光伝送モジュール３００の受光素子によって受信される。また、基地局３１５側の光伝送モジュール３００の光源から発した光信号は、パーソナルコンピュータ３１６側の光伝送モジュール３００’の受光素子によって受信される。このようにして、光(赤外線)によるデータ通信を実現することができる。
【０１０８】
尚、本発明の半導体レーザ装置、光ディスク装置および光伝送システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではない。たとえば井戸層・障壁層の層厚や層数など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】図１は本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の断面模式図である。
【図２】図２は上記半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式図であり、結晶成長後に、リッジ部形成用のフォトマスクを設けた状態を表す。
【図３】図３は上記半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式図であり、リッジ部形成のためのエッチング工程後の状態を表す。
【図４】図４は上記半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式図であり、ｐ側電極の蒸着工程後の状態を表す。
【図５】図５は上記半導体レーザ素子のリッジ構造周辺の拡大模式図である。
【図６】図６は本発明の第２実施形態の光ディスク装置の概略図である。
【図７】図７は本発明の第３実施形態の光伝送システムに使用される光伝送モジュールの概略図である。
【図８】図８は上記光伝送システムにかかる光源の斜視図である。
【図９】図９は上記光伝送システムの構成例を示す斜視図である。
【図１０】図１０は従来の半導体レーザ素子とその製造方法を説明するための断面模式図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０１…ｎ−ＧaＡs基板
１０２…ｎ−ＧaＡsバッファ層
１０３…ｎ−ＡlＧaＡs第１下クラッド層
１０４…ｎ−ＡlＧaＡs第２下クラッド層
１０５…ＡlＧaＡs下ガイド層
１０６…多重歪量子井戸活性層
１０７…ＡlＧaＡs第１上ガイド層
１０８…ｐ−ＡlＧaＡs第２上ガイド層
１０９…ｐ−ＡlＧaＡs第１上クラッド層
１１０…ｐ−ＡlＧaＡs第２上クラッド層
１１１…ｐ−ＩnＧaＡsＰ半導体層
１１２…ｐ−ＡlＧaＡs第２上クラッド層
１１３…ｐ−ＧaＡsコンタクト層
１１４…ｐ+−ＧaＡsコンタクト層
１１５…ｐ側電極
１１５a…Ｎi層
１１５b…ＡuＺn層
１１５c…Ａu層
１１６…合金層
１１６a…第１の合金層
１１６b…第２の合金層
１１７…ｎ側電極
１１８…フォトレジスト
１１８ａ…リッジ部形成領域
１１８ｂ…リッジ部形成外領域
１３０…リッジ部
２００…光ディスク装置
２０１…光ディスク
２０２…半導体レーザ素子
２０３…コリメートレンズ
２０４…ビームスプリッタ
２０５…λ／４偏光板
２０６…対物レンズ
２０７…受光素子用対物レンズ
２０８…信号検出用受光素子
２０９…信号光再生回路
３００,３００’…光伝送モジュール
３０１…半導体レーザ素子(レーザチップ)
３０１ａ…低反射膜
３０１ｂ…高反射膜
３０１ｃ…ショットキー接合している電極領域
３０２…受光素子
３０３…エポキシ樹脂モールド
３０４,３０５…レンズ部
３０６…回路基板
３０６ａ…凹部
３０７ａ,３０７ｂ,３０７ｃ…ワイヤ
３０８…ＩＣ回路
３０９…シリコン樹脂
３１０…レーザマウント
３１１…ヒートシンク
３１１ｂ…基部
３１２…正電極
３１３…平坦部
３１４…レーザビーム
３１５…基地局
３１６…パーソナルコンピュータ
４０１…ｎ型ＧaＡs基板
４０２…ｎ型ＩnＧaＰクラッド層
４０３…ＩnＧaＡs／ＧaＡs歪量子井戸活性層
４０４…ｐ型ＩnＧaＰクラッド層
４０５…ｐ型ＩnＧaＡsコンタクト層
４０６…ｐ側電極
４０７…ｎ側電極
４０８…ショットキー接合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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